制糖企業無人值守自動過磅系統的研究與應用

劉鵬程，沈 力，陳俊文，廖勇仔，蘇小洪，林劍敏，廖 鑫，胡朝暉， 吳如慧，陳明文*

(1廣東省科學院南繁種業研究所，廣東廣州 510316；2全國甘蔗糖業信息中心，廣東廣州 510316；3廣東農墾熱帶農業研究院有限公司，廣東廣州 511300)

0 前言

隨著計算機信息技術的不斷發展與進步，網絡信息化、AI智能化等已逐漸滲透到社會工業生產中。為提高效率、杜絕作弊、減員增效，無人值守自動過磅已成為制糖企業地磅甘蔗收購的重要趨勢[1-4]。

地磅甘蔗收購是制糖企業生產過程中的重要環節[5-6]，企業普遍采用計算機管理，對操作人員的要求比較高，招聘難度較大，人員成本費用較高[7-9]。傳統的過磅模式中，由人工操作記錄數據，易出現誤操作導致客戶糾紛，并且過磅的效率較低，易致廠區內車輛出現擁堵現象，同時會存在著人為因素導致企業損失的風險。

此前自動過磅系統多是基于IC卡進行自助過磅，使用IC卡讀卡過磅，對司機來說并不便利，上磅前要下車刷卡，增加了司機的操作流程和過磅時間[10]。另外，國內大部分自動過磅系統的道閘僅配備了手動遙控器，鮮少有開發配套電腦終端軟件“開門工具”，亦不可與農務系統的數據等進行實時交互[11-12]。

為解決過磅系統中的弊端，結合企業需求，自主研發出一套無人值守自動過磅系統，該系統基于現有農務系統過磅模塊(以人工操作完成過磅)，以智能識別系統為核心，集成多種信息化、自動化控制技術，真正實現制糖企業的全自動無人過磅功能。

1 系統硬件組成

本系統分為硬件和軟件2部分，其中硬件部分主要包括道閘、地感線圈、雷達、智能車牌識別攝像頭、LED顯示及語音集成設備、網絡攝像頭、硬盤錄像機、串口服務器、交換機、工控機、大屏顯示器和打印機。

⑴道閘：控制車輛通道，實現1車1桿，1車1磅，防止跟車作弊。

⑵地感線圈：檢測車輛通過狀態，防砸。

⑶雷達：檢測車輛是否達到落桿條件，避免道閘欄桿砸人砸車。

⑷智能車牌識別攝像頭：自動識別和讀取車牌號碼，進行合法判斷。

⑸LED顯示及語音集成設備：系統語音全程提示引導司機及信息播報。

⑹網絡攝像頭：實現車頭、車尾和車身監控及過磅圖片抓拍。

⑺硬盤錄像機：監控地磅現場數據，實時錄像并存儲。

⑻串口服務器：實時準確采集地磅儀表重量讀數。

⑼交換機：建立自動過磅局域網，連接農務系統服務器實現數據業務交互。

⑽工控機：實現自動過磅中稱重數據的保存與交互，配置系統及控制硬件。

⑾大屏顯示器：顯示自動過磅系統集成界面，方便過磅管理及生產調度等工作。

⑿打印機：可現場打印甘蔗過磅單、數據報表等。

2 系統設計、原理與流程

2.1 系統設計

基于物聯網和人工智能技術，以高度集成的控制服務器為核心，設計可集成車牌識別、視頻監控、道閘、儀表數據等各種設備信號，且可與農務系統數據庫進行實時數據交互的全自動過磅系統。

本套無人值守自動過磅系統由車牌自動識別系統、視頻監控系統、LED顯示及語音輔助系統和道閘控制系統等多個子系統構成。系統可確保稱重過程全自動運行，并可調取監控錄像、錄屏及備份數據進行核查，以確保數據安全、準確。系統網絡拓撲圖如圖1所示。

圖1 無人值守全自動過磅系統網絡拓撲圖

此外，由于獨立構建數據庫、局域網構架支撐，全套數據單獨執行存儲，本套系統還可與其他農務系統，并同時與物資系統通過數據庫之間的存儲過程調用建立連接，進行實時數據交互、計算并存儲等，具有較強的兼容性。

2.2 系統原理

2.2.1 車牌自動識別系統

車牌自動識別系統主要的功能是在重磅以及輕磅的前端識別車輛的車牌，重磅前端通過車牌獲取車輛的綁定運輸任務(1臺車輛只有唯一運輸任務)，系統對獲取的運輸任務判斷是否符合過磅條件，符

合則在前端LED顯示屏上提示并開啟重磅配套道閘，不符合的車輛提示原因。輕磅前端車牌識別是通過獲取到重磅過磅數據，判斷是否符合回皮要求，符合要求則在前端LED顯示屏上提示并開啟配套道閘，不符合的提示原因。

2.2.2 視頻監控系統

視頻監控系統實現過磅過程視頻數據的實時采集，以及過磅過程的實時監控，在自動過磅系統中實現計量操作的同時，采集視頻監控系統的照片(重磅輕磅各2張)，照片為單據審核的重要依據，監控 的位置和角度可以根據現場調整，同時可以提供整個過程的錄像，如發現問題，管理人員可以以時間點定位視頻，追溯整個過磅過程的視頻。

2.2.3 LED顯示及語音輔助系統

LED顯示及語音輔助系統是現場信息展示平臺，實時引導司機完成重磅、回皮操作，主要顯示各種車輛通行狀態，提示司機進出磅等操作，并將數據(如車號、重量等)顯示出來。

2.2.4 道閘控制系統

系統通過道閘控制車輛進出磅臺，當車輛需要進入地磅時，系統自動控制抬桿操作，過磅時，地磅前后2個道閘必須是完全閉合狀態，車輛完成過磅后，磅臺前面的道閘自動抬桿放行。

2.3 系統流程

本套無人值守自動過磅系統整體流程可概括為以下5個部分：車輛進廠、重磅稱重、內檢卸蔗、輕磅回皮、磅單打印及查詢。系統程序流程如圖2所示，系統運行集成界面如圖3所示。

圖2 無人值守自動過磅系統程序流程圖

圖3 無人值守自動過磅系統運行集成界面

2.3.1 車輛進廠

運蔗車入磅前，司機須確認車輛有且僅有一個運輸任務，完成甘蔗外質檢，由質檢員使用電腦或手機APP錄入質檢信息，如企業流程上無外質檢則由調度管理系統判斷車輛是否可以進入地磅重磅入口。

2.3.2 重磅稱重

當地磅處于稱重準備狀態，前端重磅入口智能車牌識別到車牌后進行合法判斷。判斷邏輯為先判斷地磅是否歸零，如已歸零判斷車輛是否有任務，有任務則判斷是否已重磅，未重磅則檢查車輛是否已進行外質檢，已外檢則判斷蔗場車輛是否已滿。

當判斷符合要求，入磅閘機開啟，LED及語音提示車輛進入地磅，如車輛不符合要求，LED會顯示不符合要求的原因。車輛入磅后，入磅閘機落桿關閉。車輛停在地磅指定的識別區域位置后，系統識別到一定時間內重量穩定，則開啟前端智能車牌識別進行車輛過磅判斷，判斷符合要求后執行稱重操作，過磅完成后LED和語音提示司機過磅成功以及過磅重量，并開啟離磅道閘提示司機開車離開。車輛離開后，磅臺重量回零，離磅道閘關閉，系統回到稱重準備狀態。

2.3.3 內檢卸蔗

運蔗車在蔗場卸蔗，質檢員使用手機APP錄入內檢信息，完成內檢確認。

2.3.4 輕磅回皮

車輛卸蔗后，回皮車輛進入地磅回皮入口，當系統處于回皮準備狀態，前端回皮入口智能車牌識別系統會自動識別指定位置車輛車牌后進行合法判斷。判斷邏輯為先判斷車輛是否存在已重磅未回皮的任務，未回皮則檢查車輛是否已質檢，未質檢則提示質檢員錄入質檢信息。

當判斷車輛合法后，開啟輕磅入磅道閘，反之則提示車輛無法回皮原因。車輛進入輕磅后，入磅道閘關閉，系統識別到一定時間內重量穩定，再次開啟前端車牌智能識別系統，判斷合法后執行回皮操作，回皮完成后在LED和語音提示回皮成功，不成功則提示失敗原因。完成回皮后，系統將開啟輕磅離磅道閘提示司機開車離開。

2.3.5 磅單打印及查詢

車輛完成回皮后，可自動打印過磅單據，司機可自行領取或通過手機APP查詢運輸明細數據(含品種、扣雜、運重及運費等)，蔗農手機會收到甘蔗的過磅明細短信，也可通過手機APP查詢甘蔗明細數據(含質檢信息、重量及蔗款等)。

3 系統安全性

⑴系統兼容自動、人工2種模式，在自動過磅缺乏必要支持時，可以切換人工模式，以保障生產正常進行。

⑵自動過磅單據都配套地磅照片4張(重磅、輕磅各2張)，系統流程上納入結算前，需人工審核，以保障過磅數據的真實、有效和可追溯性。

⑶系統全過程配套LED顯示以及語音提示，引導司機完成自動過磅流程，同時可根據糖企需求控制回皮后車輛自動獲取新的運輸任務。

⑷納入雙道閘控制機制，控制過磅秩序的同時防止前后車壓磅作弊等。

⑸通過智能車牌識別可防止車輛盜牌的情況，同時可做到皮重異常或超重提醒，可減少人為作弊和安全事故的發生。

4 系統運行常見問題與解決預案

⑴常見問題1：個別運蔗車輛因車牌破損或污臟，導致識別錯誤，道閘不抬桿。

解決預案：系統同時配備了手動遙控器以及電腦終端軟件“開門工具”，管理人員可人工遙控道閘放行車輛或通過開門工具輸入農務系統綁定車號觸發開閘。

⑵常見問題2：自運或外來未登記的臨時車。

在圖3中，固定f=0.2,可以清楚看到，ER網絡在HTLDD、LTHDD和RDD策略下具有相似的魯棒性，表明不同的邊定向策略對ER網絡抵制級聯故障的魯棒性影響不大.

解決預案：企業可以定制內部車牌，當車輛到廠后懸掛在車輛指定位置，即可實現自動過磅。

⑶常見問題3：運輸車輛撞壞道閘欄桿。

解決預案：提前告知所有司機撞桿賠款條款，可規定撞桿賠付固定金額，或者司機選擇保險進行賠付。對已壞欄桿可通過鋸斷，打孔再固定使用，不影響系統正常運行。

⑷常見問題4：網絡故障，不能自動記錄稱重信息。

解決預案：自動過磅是通過局域網連接的，網絡故障是極少的。若僅是入口信號不通，出口可正常識別，則可把該入口閘機打開檢查線路，不影響運蔗車正常上磅完成自動稱重；若是出口信號不通，則可切換成以往模式進行人工過磅，待網管或維護人員處理好問題方可繼續使用。

5 與傳統人工過磅優劣勢對比

本套無人值守自動過磅系統可在無人干預的情況下迅速、準確、安全和可靠地完成過磅計量流程，提高了企業的信息化和自動化程度，可減少人力物力和企業資產的流失，確保進一步提升經濟效益。

5.1 減員降本

5.2 提升工作效率

傳統人工過磅平均計量時間在60～400 s之間。使用系統后，可將過磅時間縮短至5～20 s內，即過磅的速度加快10～20倍，提高了車輛的運轉速率，從而提升甘蔗原料的進廠新鮮度。

5.3 防止作弊

傳統人工過磅僅有攝像頭抓拍車牌對應磅單。使用系統后，安裝在地磅上的視頻監控攝像頭，能夠隨時抓拍和錄像過磅的情況，工控機上的自動過磅運行集成界面也可同步錄屏并保存下來，為企業更好地核查爭議單等，同時可有效防止人為串通作弊的情況。

5.4 減少錯誤及糾紛

傳統人工過磅常出現人情磅、壓磅、信號干擾、更換車牌和套牌等情況。使用系統后，過磅流程更加清晰透明化，將有效減少人為操作造成的錯誤或誤差，與客戶間的糾紛也將隨之減少。

5.5 共享數據

傳統人工過磅計量時常使用手工賬記錄或錄入質檢信息。使用系統后，除可以自動稱量車輛和甘蔗重量外，還可與農務系統數據庫進行實時交互，自動計算甘蔗款、運費、扣款及補貼等，使農務、財務的報表管理更安全便捷，提升效率的同時共享數據。管理部門可通過農務系統中的匯總報表或手機APP了解到任何時段甘蔗的進廠情況，財務部門則可同步獲得清晰又準確的數據用于結算，并生成結算報表。

5.6 遠程操控

傳統人工過磅需要現場計量，辦公條件相對較差、人員接觸密集且存在安全風險。使用系統后，管理人員可通過電腦端全方位的攝像頭監控到儀表讀數和車輛過磅的整個過程，并遠程操控處理地磅現場出現的問題。同時，鑒于當前全國疫情形勢嚴峻復雜，司機可通過手機APP查看排隊情況避免聚集依序進廠，遠程操控還可有效避免司機與企業人員近距離接觸，降低新冠病毒傳播風險，最大限度減少疫情對企業生產的影響，積極響應國家號召，并做好企業疫情防控工作。

6 改進設想

本套無人值守自動過磅系統經過2年時間的不斷打磨與完善，已趨于成熟，運行高效且穩定。但系統仍存在一定的不足之處，現針對運輸方的便利性以及更好地實現無人值守處理特殊問題，提出以下2點改進設想。

6.1 增加紅綠燈控制系統

糖企生產區域噪音較大，語音播報音量影響司機準確獲取播報信息，可考慮增加紅綠燈控制系統。稱重車進入地磅前有交通燈，綠燈表示地磅已歸零或蔗場未滿，車輛可直接進入地磅稱重；紅燈指示前方有車輛，禁止抬桿上磅。從而更清晰地提醒當前車輛的通行狀態，同時也可減少道閘欄桿被撞的情況發生。

6.2 增加二維碼掃描車輛信息自動比對功能

為進一步完善運輸方的便利性、減少攝像頭識別誤差，針對車牌未能正確識別或無公安車牌的車輛，司機可通過掃碼錄入車牌信息，系統將自動比對司機登記車輛信息，并判斷其是否符合要求，從而控制道閘的開啟或關閉，以達到該部分車輛在現場無人值守時也能夠實現自動過磅。

7 結論與討論

自2020/21年榨季以來，本套無人值守自動過磅系統先后在8家制糖企業投入使用，反饋效果較好，受到糖企管理人員、蔗農以及廣大司機的一致好評。

本套系統將原有的稱重管理工作變得高效、簡單、便捷，實現了稱重全過程的數據自動判別、自動采集、自動指揮、自動處理、自動控制，降低了人工操作所帶來的弊端和工作強度，減少了地磅操作人員和客戶糾紛，同時避免了各種稱重作弊行為，提高了企業的信息化和自動化程度。系統在提高工作效率的同時，提高了甘蔗原料的進廠新鮮度，為企業的產糖率提升做出了一定的貢獻，并取得了較好的經濟效益和社會效益，以及提高了企業的管理水平和競爭力。